專利名稱：定量檢測痕量羅丹明6g的方法
技術領域：
本發明涉及一種定量檢測方法，特別是涉及利用表面增強拉曼光譜(SERS)技術 定量檢測溶液中超低濃度的羅丹明6G的方法。屬于SERS檢測技術領域。
背景技術：
表面增強拉曼光譜技術由于其高靈敏度，無損，快速，結構信息量大等優點，被廣 泛應用于環境，食品安全等研究領域。當待測分子吸附在SERS活性基底表面受到激光照射 時，其拉曼信號被極大的增強，從而可實現單分子層甚至單個分子的檢測。目前常用的SERS 活性基底包括粗糙金屬電極，金屬溶膠，復合金屬溶膠，金屬納米棒，金屬納米線，金屬納米 陣列，金屬沉積島膜。這些活性基底使得人們在SERS傳感技術方面的研究取得了很多成 果，但同時也各自存在著一些缺陷，如靈敏度低，重復性差等。因此，想要獲得一種具有高靈 敏度，高重復性，高穩定性，可實現對待測分子定量測量的實用傳感器活性基底目前仍是一 個很大挑戰。電磁增強模型認為，激光照射到金屬粗糙表面時，入射電磁波誘發金屬表面產生 共振的表面等離子體波，極大地增強了金屬表面的電磁場強度，使得吸附于表面的待測分 子產生增強的拉曼散射信號。而理論研究表明，表面等離子體波的強度依賴于金屬納米結 構的介電常數，尺寸和形狀等因素，因此，通過控制金屬納米結構的尺寸和有序度可使得其 在給定的檢測環境下達到最理想的SERS效果。羅丹明6G是一種酚類化合物，常作為重要的有機化工原料和中間體，在農業、染 料、香料、橡膠、醫藥、感光材料等領域具有廣泛的應用，對人體及其他生物的毒性較大。而 現在的檢測技術僅限于對中高濃度羅丹明6G的檢測，而無法對其進行痕量以及定量的檢 測。
發明內容
本發明的目的是提供一種利用拉曼光譜儀檢測痕量羅丹明6G的方法，其是基于 拉曼光譜技術利用一種具有SERS活性的“三明治”體系檢測出溶液中超低濃度的羅丹明6G 分子。本發明的另一目的是建立羅丹明6G的SERS強度-濃度關系曲線，以此曲線作為 參照物可實現對溶液中羅丹明6G含量的定量檢測。為實現以上目的，本發明采取以下技術方案本發明提供一種利用拉曼光譜儀定量檢測痕量羅丹明6G的方法，包括以下步驟1)采用交流電化學沉積法制備多個銀納米線陣列以硝酸銀/硼酸混合水溶液為 電解液，在交流電壓下，向AAO模板的孔洞中限域沉積銀納米線，形成銀納米線陣列；2)制備銀納米顆粒，并分別與不同濃度的羅丹明6G溶液混合，將得到的不同濃度 的混合溶液分別滴在制備好的銀納米線陣列上，形成銀納米顆粒/羅丹明6G溶液/銀納米 線陣列的SERS增強“三明治”體系；
3)待“三明治”體系自然干燥后，在拉曼光譜儀上對其進行拉曼光譜測試，得到不 同濃度羅丹明6G溶液的SERS譜；4)計算不同濃度羅丹明6G溶液SERS譜的特征峰強度，得到羅丹明6G的SERS強 度-濃度的關系曲線，此曲線是作為羅丹明6G定量檢測的依據；5)將未知濃度的羅丹明6G溶液SERS強度與羅丹明6G的SERS強度-濃度關系曲 線進行對照，以得出羅丹明6G溶液的濃度。其中所述的硝酸銀的濃度為0. 04-0. 06mol/L，硼酸的濃度為25_30g/L，交流電壓 為17-18V、50HZ，沉積時間為100-120S，AAO模板的孔徑為50_60nm。其中所述的銀納米線陣列中的銀納米線的直徑為50-60nm，長度為1-1. 2μπι。其中所述的銀納米顆粒的直徑為70-90nm。其中所述拉曼光譜測試使用的拉曼光譜儀的參數設置為激光波長532nm、功率 5mW、掃面范圍為 200-200001^。其中所述的羅丹明6G溶液SERS強度-濃度關系曲線為一條對數線性關系曲線， 該關系曲線的公式為IogI = 0. 1498*logC+2. 6337，其中1為SERS強度，C為羅丹明6G溶 液濃度。本發明的優點在于1.本方法通過控制銀納米顆粒和銀納米線陣列的尺寸，使其 吸收峰與所用激光波長相匹配。因此當激光照射到“三明治”體系表面時可激發出極強的 表面等離子體波，有利于熱點的形成。并且本方法所采用的“三明治”體系可使得羅丹明6G 溶液的分子大部分都處在銀納米顆粒和銀納米線陣列之間的熱點區域內，SERS信號被極大 增強，檢測極限達到10_19mOl/L。因此，本檢測方法的靈敏度很高。2.本方法檢測到羅丹明 6G的SERS強度-濃度之間存在著良好的對數線性關系，因此，本方法可用于物質的定量檢 測。3.本方法制備的銀納米線陣列的銀納米線直徑和長度均一，且被固定在AAO模板的孔 洞里；銀納米顆粒尺寸均勻，與羅丹明6G溶液混合后隨機吸附在銀納米線陣列的表面上， 在整個表面上密度是均勻的；因此在隨機檢測中“三明治”體系表面被激光束照射到的熱點 數目應該都是相等的，也就是說在表面不同位置所檢測到的SERS信號強度的差別很小。因 此，本檢測方法具有很高的重復性。4.本方法制備的“三明治”體系保存一周后再進行拉曼 檢測，其SERS性能與一周前基本保持一致，表明此基底具有較強的穩定性。因此，基于其高靈敏度，高重復性和穩定性，快速，無損等優點，此“三明治”體系可 以廣泛應用于其它痕量物質的定量檢測中。
為進一步說明本發明的內容及特點，以下結合附圖及實施例對本發明作一詳細的 描述，其中圖1是本發明所述的“三明治”體系的結構示意圖。圖2是本發明所述的不同濃度羅丹明6G溶液的SERS譜圖。圖3是本發明所述的羅丹明6G溶液SERS強度-濃度關系曲線。圖4是本發明所述的超低濃度羅丹明6G溶液的“三明治”體系的SERS譜圖和純 羅丹明6G溶液的普通拉曼譜圖。
具體實施例方式請參閱圖1所示，本發明提供一種利用拉曼光譜儀定量檢測痕量羅丹明6G的方 法，包括以下步驟1)采用交流電化學沉積法制備多個銀納米線陣列20，制備方法如下首先利用兩 步陽極氧化法制備AAO模板10，所用二次氧化電壓為45V，二次氧化時間為30min，之后以 2V/min的速度將電壓連續下調至11-13V，獲得阻擋層較薄的AAO模板10。將其浸入去離子 水中靜置30分鐘，去除雜質離子。此AAO模板10仍保留鋁層和阻擋層，其孔徑為50-60nm。 之后，將0. 04-0. 06mol/L的硝酸銀和25_30g/L的硼酸加入200ml的去離子水中制成的透 明混合溶液做為電解液，保留鋁層和阻擋層的AAO模板10和鉬電極分別作為兩個電極浸入 電解液中，在兩電極之間加17-18V、50HZ的交流電壓進行電化學沉積，100-120S后，關掉電 源，迅速將電解液倒出，然后用去離子水反復清洗沉積后的AAO模板10，此時AAO模板10的 孔洞中已經沉積滿了銀納米線陣列20，顏色也由透明變為黑色。之后用高氯酸/氯化銅的 過飽和溶液將沉積后的AAO模板10背面的鋁層去除，再用質量分數為5%的磷酸溶液去除 阻擋層，去除時間為90-100min，使得沉積在AAO模板10孔洞中的銀納米線陣列20的尖端 部分剛好裸露出來，此時顏色變為深灰色。之后將銀納米線陣列20浸入60°C的去離子水中 靜置30分鐘，以去除其表面的雜質離子，取出后放入無水乙醇中保存。制備好的銀納米線 陣列20的銀納米線直徑為50-60nm，長度為1-1. 2 μ m。2)制備直徑為70-90nm，形狀不規則，棱角較多的灰色銀納米顆粒30，分別與多種 不同濃度OX10-8-2Xl(T2°mOl/L，間隔為一個數量級)的羅丹明6G溶液40按體積比1 1 混合，將混合溶液超聲振蕩lOmin，之后用移液器將不同濃度的混合溶液分別滴在制備好的 銀納米線陣列20上，自然干燥以后，就形成不同濃度的銀納米顆粒30/羅丹明6G溶液40/ 銀納米線陣列20的“三明治”體系。3)利用拉曼光譜儀對制備好的“三明治”體系進行拉曼光譜測試，得到不同濃度羅 丹明6G溶液40的SERS譜圖，如圖2所示的。由圖中可以看出，當羅丹明6G溶液40的濃 度在2X 10_8-2X 10_18mol/L之間時，對應的SERS譜圖中均出現了羅丹明6G的特征峰，這說 明利用所述“三明治”體系，可以實現對上述各個濃度的羅丹明6G溶液40的檢測。從圖2 中還可以看出，羅丹明6G溶液40的特征峰強度隨著其濃度的減小而明顯降低。為了得出 本方法的檢測極限，繼續降低羅丹明6G溶液40的濃度，得到的SERS譜圖如圖4所示。其 中圖如是純羅丹明6G溶液40的普通拉曼譜，圖4b和4C是羅丹明6G溶液40濃度分別為 10_2Clmol/L和10_19mol/L時的SERS譜。可以看出，當濃度為10_19mol/L時，羅丹明6G溶液 40的拉曼特征峰還可以從背底中分辨出來，而當濃度降至10_2°mol/L時，羅丹明6G溶液40 的特征峰已經完全分辨不出來了，說明此方法可檢測出的羅丹明6G溶液40的最低濃度為 10_19mol/L。整個拉曼光譜測試過程是在銀納米線陣列20和銀納米顆粒30保存一星期后 才進行的，所使用的拉曼光譜儀的參數設置為激光波長532nm、束斑直徑為3μπκ功率為 5mW、掃面范圍 200-200001^04)計算不同濃度羅丹明6G溶液40的SERS譜特征峰強度觀察SERS譜圖可以看 出1649CHT1處的拉曼峰強度最大，將其作為羅丹明6G溶液40的特征峰，對其積分面積進行 計算，用以代表相應的SERS信號強度。之后用origin軟件擬合SERS信號強度與羅丹明6G 溶液40的濃度的關系，得到一條對數線性關系曲線，線性度良好，如圖3所示。該關系曲線的公式為IogI = 0. 1498*log C+2.6337，其中1為SERS強度，C為羅丹明6G溶液40的濃 度，此曲線是作為羅丹明6G溶液40定量檢測的依據。5)配置未知濃度的羅丹明6G溶液40，制備成所述的“三明治”體系并進行拉曼光 譜測試，計算出測得的SERS譜圖中1649cm—1峰的積分面積。將其與羅丹明6G的SERS強 度-濃度關系曲線進行對照，強度相同時，相應的濃度即是未知羅丹明6G溶液40的濃度。具體實例以下為采用本發明提供的方法定量檢測溶液中超低濃度的羅丹明6G的實例。首先制備孔徑為50nm的AAO模板10待用。然后，將0. 05mol/L的硝酸銀和30g/ L的硼酸加入200ml的去離子水中制成電解液，在17. 8V、50HZ的交流電壓下向AAO模板10 中限域沉積銀納米線陣列20，沉積時間為120S，之后用去離子水反復清洗沉積后的AAO模 板10。用高氯酸氯化銅的過飽和溶液將沉積后的AAO模板10背面的鋁層去除，再將其背面 浸在質量分數為5%的磷酸溶液中90min，去除阻擋層。之后將其浸入60°C的去離子水中 靜置30min，去除裸露出尖端部分的銀納米陣列20表面的雜質離子，取出后放入無水乙醇 中保存。制備的銀納米線陣列20的銀納米線直徑為50nm，長度為1 μ m。首先制備平均直 徑為80nm，形狀不規則，棱角較多的灰色銀納米顆粒30備用。再稱取微量羅丹明6G粉末， 溶于IOml去離子水中，超聲分散IOmin后，將其與制備好的銀納米顆粒30按體積比1 1 充分混合，得到灰色混合溶液。用移液器將上述混合溶液滴在銀納米線陣列20上，待其自 然干燥，形成銀納米顆粒30/羅丹明6G溶液40/銀納米陣列20 “三明治”體系。利用拉曼 光譜儀對其進行拉曼光譜測試，獲得未知濃度羅丹明6G溶液40的SERS譜。計算SERS譜 1649cm-1峰的積分面積，將其值與羅丹明6G溶液40的SERS強度-濃度關系曲線進行對照， 得出羅丹明6G溶液40的濃度約為10_13mOl/L。以上所述，僅為本發明中的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可輕易想到的變換或替換，都應涵蓋在 本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種利用拉曼光譜儀定量檢測痕量羅丹明6G的方法，包括以下步驟1)采用交流電化學沉積法制備多個銀納米線陣列以硝酸銀/硼酸混合水溶液為電解 液，在交流電壓下，向AAO模板的孔洞中限域沉積銀納米線，形成銀納米線陣列；2)制備銀納米顆粒，并分別與不同濃度的羅丹明6G溶液混合，將得到的不同濃度的混 合溶液分別滴在制備好的銀納米線陣列上，形成銀納米顆粒/羅丹明6G溶液/銀納米線陣 列的SERS增強“三明治”體系；3)待“三明治”體系自然干燥后，在拉曼光譜儀上對其進行拉曼光譜測試，得到不同濃 度羅丹明6G溶液的SERS譜；4)計算不同濃度羅丹明6G溶液SERS譜的特征峰強度，得到羅丹明6G的SERS強度-濃 度的關系曲線，此曲線是作為羅丹明6G定量檢測的依據；5)將未知濃度的羅丹明6G溶液SERS強度與羅丹明6G的SERS強度-濃度關系曲線進 行對照，以得出羅丹明6G溶液的濃度。
2.如權利要求1所述的定量檢測痕量羅丹明6G的方法，其中步驟1)所述的硝酸銀 的濃度為0. 04-0. 06mol/L，硼酸的濃度為25_30g/L，交流電壓為17_18V、50HZ，沉積時間為 100-120S, AAO 模板的孔徑為 50-60nm。
3.如權利要求1所述的定量檢測痕量羅丹明6G的方法，其中步驟1)所述的銀納米線 陣列中的銀納米線的直徑為50-60nm，長度為1-1. 2 μ m。
4.如權利要求1所述的定量檢測痕量羅丹明6G的方法，其中步驟2、中所述的銀納米 顆粒的直徑為70-90nm。
5.如權利要求1所述的定量檢測痕量羅丹明6G的方法，其中步驟3)中所述拉 曼光譜測試使用的拉曼光譜儀的參數設置為激光波長532nm、功率5mW、掃面范圍為 200-200001^。
6.如權利要求1所述的定量檢測痕量羅丹明6G的方法，其中步驟4)中所述的羅丹明 6G溶液SERS強度-濃度關系曲線為一條對數線性關系曲線，該關系曲線的公式為log I = 0. 1498*log C+2.6337，其中1為SERS強度，C為羅丹明6G溶液濃度。
全文摘要
一種利用拉曼光譜儀定量檢測痕量羅丹明6G的方法，包括以下步驟采用交流電化學沉積法制備多個銀納米線陣列以硝酸銀/硼酸混合水溶液為電解液向AAO模板的孔洞中限域沉積銀納米線，形成銀納米線陣列；制備銀納米顆粒，并分別與不同濃度的羅丹明6G溶液混合，分別滴在制備好的銀納米線陣列上，形成SERS增強“三明治”體系；待“三明治”體系自然干燥后，在拉曼光譜儀上對其進行拉曼光譜測試，得到不同濃度羅丹明6G溶液的SERS譜；計算不同濃度羅丹明6G溶液SERS譜的特征峰強度，得到羅丹明6G的SERS強度-濃度的關系曲線，此曲線是作為羅丹明6G定量檢測的依據；將未知濃度的羅丹明6G溶液SERS強度與羅丹明6G的SERS強度-濃度關系曲線進行對照，以得出羅丹明6G溶液的濃度。
文檔編號G01N1/28GK102109467SQ201010591599
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月8日 優先權日2010年12月8日
發明者張利勝, 張君夢, 曲勝春, 王占國 申請人:中國科學院半導體研究所